制药过程自动化技术[1].doc

一，名词解释：
1， 自动化技术：是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术，对工业生产过程实现自动检测、控制、优化、调度、管理及决策，达到高效生产、降低消耗、确保安全等目的综合性高新技术，是促进人类社会进步与生产快速发展的动力。
2， 制药生产过程自动化：通常是指按照一定的制药工艺路线，利用各种生产设备，借助于自动化仪表装置代替人工操作，使生产在不同程度上自动地进行，最终将原料转变成产品的过程。
3，（填或多）自动控制系统是指被控对象和自动化仪表装置按一定方式连接起来的、能自动完成一定控制任务的总体，一般由被控对象、传感器、控制器、执行器四部分组成。
4， 自动控制系统的过渡过程：把系统在输入信号作用下，由一个稳态过渡到另一个稳态中间所经历的动态调节过程,
5， 动态数学模型描述的是：被控对象在输入变量改变以后输出变量随时间变化的性质。
6， 滞后现象：有些被控对象在受到输入作用后，被控变量却不能立即迅速地变化，而是要等待一段时间后才对输入信号开始响应，这种现象称为滞后现象。
7， 传感器：非电量工艺参数经测量后需要转换成统一标准的模拟量或数字量的标准输出信号，能实现这种自动测量与转换技术的仪表被称为传感器。
8， 信号标准：是指各仪表之间采用的传输信号的类型和数值。
9， 测量误差：由传感器测得的测量值与被测量变量的真实值之间的差值。
10，测量仪表的允许误差：工程上把在规定的条件下，使用某一传感器进行测量时所产生的最大相对百分误差称为测量仪表的允许误差，其表达式为：δ允=δmax=±Δmax/N*100%
11，精确度：简称精度，是用来表示测量结果可靠程度的指标。
12，变差：是指在外界条件不变的情况下，使用同一仪表对某一被测变量按正反两个方向（即在仪表测量范围内逐渐从小到大和从大到小）做全量程测试时，对应于同一测量值所得的仪表读数之间的差值。
13，标定：利用某种标准仪器仪表对各种用于工业测量的仪表进行全面的技术检定和标度。
14，热电偶：热电偶是利用热电效应原理测量温度的。热电效应是指任何两种不同材料的导体或半导体A或B的两端分别焊在一起，组成一个闭合电路，若将两接点分别处于温度为t和t0的热源中，则在该回路中就会产生电动势。
15，显示仪表：凡能将生产过程中各种工艺变量进行指示、记录或累积的仪表统称显示仪表
二，选择
1， 简称为PID工业控制规律：比例控制规律（P），积分控制规律（I），微分控制规律（D）
2， 仪表的安装位置

3， 按仪表使用的能源分类：（1）电动仪表 （2）气动仪表
4， 在实际工作中，可采用（实验）的方法来测定被控对象的特性，并可对通过机制分析得到的被控特性加以验证，相辅相成，以便获得可靠的被控对象特性。
5， 根据物质的电特性，测量又分为电量和非电量两类。
6， 电量一般是指物理学中的电学量，例如电压、电流、电阻、电容及电感等。
7， 传感器分类按被测变量的性质可分为：温度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器等。
8， 制药过程中需要检测的过程变量可分为：物理参数、化学参数和生物参数。
9， 测量误差通常用【绝对误差】和【相对百分差】两种方法表示。
10，电偶广泛地应用在各种条件下的温度测量，特别适用于【500℃以上】的较高温度的测量。
11，热电阻：由于热电阻具有测量精度高、测量范围宽、性能稳定、不需要冷端补偿等特点。
12，常用压力检测方法：（1）液柱式压力检测（2）弹性元件式压力检测（3）电气式压力检测（4活塞式压力检测
13，压力仪表合理地选用仪表的【量程】、【精度】、【类型】。
14，压力仪表的选用与安装：（1）仪表量程的选择（2）仪表精度的选择（3）仪表类型的选择（4）压力检测仪表的安装
15，常用流量检测方法：（1）速度法流量检测（2）容积法流量检测（3）质量法流量检测
16，速度式流量传感器：（1）差压式流量计（2）转子式流量计（3）电磁流量计（4）超声波式流量计
17，常用物位计：（1）差压式液位计（2）电容式物位计（3）磁翻转式液位计（4）核辐射式物位计（5）超声波物位计
18，常用的生物传感器：（1）酶传感器（2）微生物传感器（3）免疫传感器
19，【控制器的控制规律】是指其【输入信号】与【输出信号】之间的关系。【控制器的输入信号】是【被控制变量的给定值x】与【测量值z的差值e】（即e=x-z）【控制器的输出信号】是【送往执行器的控制命令p】故控制器的控制规律研究的是【控制器的输出信号p随输入信号e变化的规律】
20，控制器的基本控制规律有【位式控制】【比例控制（P）】【积分控制（I）】【微分控制（D）】以及【它们之间的组合】
21，模拟式控制器基本结构：（1）比较环节（2）反馈环节（3）放大镜
22，执行器按使用能源形式的不同可分为【气动】【电动】【液动】三大类
23，当用水或空气作为冷却剂不能满足冷却温度的要求时，需要用其他冷却剂。这些冷却剂有液氨、乙烯、丙烯。以氨冷却器为最常见，以液氨为例，可使用物料冷却到零下30℃。
24，分成控制：硝化反应过程是强烈的放热反应，开始需要供给一定的热能使产生游离基，当反应激发后便能激烈地进行连锁反应而放出大量的热量，此时若不能及时将产生的热量移去，则产生的游离基越来越多，温度急剧上升，就会发生爆炸事故。

三，填空
1， 制药过程自动化技术研究的主要内容有【自动控制系统】基本概念、常用【自动测量技术】与传感器、工业控制规律及【自动控制技术】、制药生产过程典型控制系统及工程设计方法与应用等。
2， （多）自动控制系统一般是由【被控对象】【传感器】【控制器】【执行器】组成
3， （多在自动控制系统中，【干扰作用】和【调节作用】称为对象的输入变量，而被控变量称为被控对象的输出变量，干扰作用和调节作用都是引起被控变量变化的因素。
4， 被控对象的数学模型可分为【静态数学模型】和【动态数学模型】，静态数学模型描述的是被控对象在稳态时输入变量与输出变量之间的关系。
5， 【时间常数T】是用来描述被控对象的输出对输入响应快慢程序的动态参数。
6， （选）气流传感器的现象传输标准信号为0.02～0.1Mpa，气源为0.14Mpa，其特点是仪表结构简单，性能可靠，安全防爆，但信号传递速度慢且有滞后。
7， (多)常用温度检测方法和特点：接触式：【膨胀式】【热点式】【热电阻】 非接触式：【热辐射】
8， （多）压力传感器：（1）霍尔片式压力传感器（2）应变式压力传感器（3）力矩平衡式压力传感器（4）电容式压力传感器
9， 模拟仪器系统包括【计算机系统】、【虚拟仪器软件】、【硬件接口或测试仪器】三部分
10，（多）按照显示仪表的显示方式分为【模拟式】【数字式】【屏幕显示】三种类型
11，（多）可编程控制器：主要包括【中央处理器CPU】、【存储器】和【输入、输出接口电路】，内部采用【总线结构进行数据】与【指令的传输】等。
12，气动执行器由【执行机构】和【调节机构】两部分组成
四，简答
1，（填或多）传感器构成原理：一般由测量、转换、放大、反馈、零点及量程调整等部分组成。
2，DDZ—Ⅲ系列传感器的现场传输标准信号采用4～20mA直流电流信号；控制室内部仪表之间采用1～5V的直流电压信号，电阻为250Ω.
3， 传感器常用测量方法：（1）物理定律测量法（2）探查测量法（3）比较测量法
4， 仪表性能指示：（1）精确度（2）变差（3）线性度（4）灵敏度和分辨力(5)漂移
5， 物位仪表的分类：（1）直读式物位仪表（2）静压式物位仪表（3）浮力式物位仪表（4）电气式物位仪表（5）辐射式物位仪表（6）声波式物位仪表（7）光学式物位仪表
6， 生物传感器的工作原理：生物传感器是在基础传感器上再耦合一个生物敏感膜而形成的，其工作原理如图所示。图中生物功能膜上附着有生物传感器的敏感物质，起分子识别的作用，它决定传感器的选择性。被测量溶液中待测定的物质经扩散作用进入生物敏感膜层，经分子识别或发生生物学反应，所产生的信息可通过相应的化学或物理原理转变成可定量和可显示的标准电信号，用以检测与识别生物体内的化学成分或被测物质的浓度。

7， 虚拟仪器的一般特征是：虚拟仪器是以个人计算机为核心的、通过测量软件支持的、具有虚拟仪器面板功能的、具有足够的仪器硬件以及通信功能的测量信息处理设备。
8， 执行器特点：（1）电动执行器具有能源方便、信号传递迅速等优点，但安全防爆性能较差、结构复杂。（2）液动执行器推力最大，但较笨重，应用不变。（3）气动执行器结构简单、动作平稳可靠，输出推理较大、本质安全防爆且价格也比较便宜。
9， 气动执行机构主要分为薄膜式和活塞式两种。常见的气动薄膜式执行机构因其结构简单、价格便宜、维修方便等特点被广泛应用。活塞式执行机构的推力较大，但输出行程较小、价格昂贵，只适用于大口径、高压降等特殊场合。
10，系统组成：简单控制系统是由一个控制器、一个传感器（测量仪表）、一个执行器（控制阀）和一个被控对象所组成的定值控制系统，如图1。由于该控制系统信号流只有一个回路，因此也称为单回路控制系统。图2是该系统的框图。 （图1） （图2）
11，传热设备的控制一般具有如下特征：（1）传热设备具有分布参数特征。当传热壁面两侧流体都无相变地进行热交流，且两侧流体都没有轴向混合时，两侧温度都将是距离和时间的函数，即使分布参数对象。（2）传热设备的滞后及时间常数较大。
12，冷却器自动控制方案：（1）控制冷却剂的流量（2）温度与液位的串级控制（3）控制气化压力
13，精馏塔的温差控制及双温差控制：产品纯度要求很高，而且塔顶、塔底产品的沸点差又不大时，应当采用温度控制，以进一步提高产品的质量。
五，计算
1，某台测量仪表的测量范围是200～700℃，用标准表校验该表时得到的最大绝对误差为±4℃，试确定该仪表的允许误差和精度等级。
解：根据仪表允许误差计算公式（4-4），该仪表的允许误差是
δ允=δmax=±Δmax/N *100％=±4/700-200 *100%=±0.8% 若将该仪表的允许误差去掉“±”号和“%”号，其值为0.8，我国贵低昂的精度等级中没有0.8级仪表，同时，该仪表的允许误差超过了0.5级仪表允许的最大误差，所以，该表的精度等级应为1.0级。

六，论述
1， 生物发酵过程控制方案
答：生物发酵过程控制的目的是通过对微生物生长和产物合成的调节，使在最低成本下得到最佳的经济效益。设计自动控制系统时，一般根据工艺生产的要求，采用国内外先进水平的自动化常规仪表和集散型微机对生产过程中的温度、压力、pH、空气流量以及溶解氧等参数进行检测及自动控制，以确保生产过程的正常进行，提高产品质量、降低能耗、改善操作条件并提高劳动生产率。
1， 发酵反应器温度控制
2， 通气流量、罐压和搅拌转速控制
3， 溶氧浓度控制
4， pH控制
5， 自动消泡控制
6， 搅拌器转速控制
七，常用被控变量和功能的字母代号
字母
第一位字母
后续字母
被控变量
功能
A
成分分析
报警
C
电导率
控制
F
流量

I
电流
指示
H
液位

P
压力

R
放射性
记录或打印
T
温度
传送